5G智慧矿车实现极寒气候下“全天候、真无人”
9月中旬，内蒙古呼伦贝尔草原已经入秋，天气渐凉。位于草原中心的宝日希勒露天煤矿正24小时作业不息，一辆辆总重接近400吨的重型矿车正在矿区内穿梭自如。但是，与其它矿区不同的是，这些矿车内看不到司机的身影。
这是极寒型复杂气候环境露天煤矿无人驾驶卡车编组安全示范工程中的一景，由国能宝日希勒能源有限公司联合航天重型工程装备有限公司与青岛慧拓智能机器有限公司共同完成。9月15日，该项目分别通过中国煤炭工业协会组织的工业性示范运行安全评审和科技成果鉴定、国家能源集团组织的项目验收，成果达到国际先进水平，为期一年多的项目建设收获了圆满成效。
在矿区不远处一座临时调度指挥中心内，95后的杨明成正聚精会神地盯着面前的三个大屏幕，上面展示的是矿车作业实时画面、各种车辆运行数据以及矿区实时地图。
所有自动驾驶的矿车均装备了北斗提供的RTK（实时差分定位）定位，通过5G基站进行位置共享和数据传输。但在大多数情况下，无人驾驶调度指挥人员都扮演着一个监测者的角色，只有在矿区情况和环境出现变化时才需要重点关注。
比如在下雪天，通过一键开启雪天模式，让矿车的平均时速下调到约20公里，无人驾驶控制器也会开启谨慎的驾驶方式，以适配天气和路面变化。
“第一次和家人视频工作场景时，他们一度以为我在打电竞游戏。”杨明成在接受记者采访时笑称，这可能是最不像煤矿的煤矿工作场景了，“以前从没想过在煤矿上班也能有如此'未来感’”。杨明成说道。
杨明成是宝日希勒露天煤矿无人驾驶项目的调试工程师。宝日希勒露天煤矿始建于1998年，有着优质丰富的煤矿资源，核定产量位列全国露天矿前三，是东北煤炭最重要的供应方。由于地处北纬49.22°，宝日希勒露天煤矿也是中国最北端的大型煤矿之一，冬季夜间最低温度甚至可能达到零下50℃。
极端的天气、恶劣的作业条件，对宝日希勒煤矿安全生产带来巨大挑战。在这种艰难险重的驾驶工作中，如果能用机器替代人工驾驶，不仅能更好保障煤矿人员生命财产安全，还降低了成本，提高了效率。于是，对无人驾驶矿车的需求应运而生。
2020年初，宝日希勒露天煤矿按照国家能源局要求推进智慧矿山建设，布局5G设施；同年5月，无人驾驶项目正式启动，在仿真测试、封闭场地动态调试、极寒气候五车编组连续运行、全天候不间断作业、车内无安全员等一项项充满挑战的目标中，最为艰难的便是极寒气候下“全天候、真无人”的实现。该项目的完成可突破国内该领域的关键技术“卡脖子”环节，代表国内智慧矿山无人化的最高水平。
项目技术负责人高玉告诉记者，之所以能实现无人驾驶，是因为在矿车的车前、车后加装多个摄像头、毫米波雷达和激光雷达。这些设备像人的“眼睛”和“耳朵”那样让矿车可以看得见，听得着，并通过算法进行感知融合，补齐盲点，排除矿区冬季飘雪、夏季沙尘等复杂环境因素的干扰。此外，矿车还进行了内部相应的线控改造，车上装载通讯、定位、控制单元，部署无人驾驶软件。
“项目启动后，仅仅三个月就完成了对5台矿车的改造和封闭测试场地与模拟测试场地全部调试内容。”高玉说。
然而，极寒条件对无人驾驶改造还是提出了非常严苛的硬件要求。入冬以后，气温骤降至零下30度，这不仅远远低于许多常规器件的工作温度，甚至会突破一些电子元器件的存储温度，导致设备失灵，乃至彻底损坏。
最终，项目团队给每台无人矿车都安装了包括耐低温装置与传感器等航空级别接口的零部件，使其具备了在极寒、颠簸环境下运行的可靠性。并研发卸载物料残留检测、二次提车卸载、地图自动采集与一键更新、道路平整度自动检测、防车辙均衡碾压控制等先进技术确保系统运行安全流畅、提升有效作业时长。
同时，项目组共同起草和制定了《露天煤矿无人驾驶运输系统总体技术条件》《露天煤矿无人驾驶矿用自卸车技术条件》等10项企业标准，发布了无人驾驶项目工业运行安全管理办法和安全作业规范。
去年12月，该项目入围国资委“大国重器英雄榜”；今年5月，项目实现了24小时连续作业；今年7月，实现了安全员下车；如今，伴随着项目正式通过工业运行，已实现领域内两项世界第一、三项国内第一，在智慧矿山无人化领域首开“全天候、真无人”项目先河，在国内起到行业示范引领作用。
高玉表示，如果各矿区无人驾驶项目难度最高为十级，此次宝日希勒露天矿的项目难度几乎置顶。突破难度系数最高的矿区环境限制，并实现安全员下车的24小时作业，意味着能够将此项目经验进行复制，而其搭建起的行业壁垒，最终会推动行业标准形成，加速无人驾驶在更多矿区进行规模化落地。
而对于宝日希勒露天煤矿来说，无人驾驶项目的成功也能带来显著的经济效益和社会效益。一方面，传统矿区是四班三倒制，每次换班时间大约在1小时左右，而自动驾驶作业则基本不需要占用换班时间，节省出来的时间可以直接用于运输作业；另一方面，目前无人驾驶的车辆最高车速达到40km/h，超过有人驾驶规定的30km/h，无人驾驶系统可动率大于96.7%，已实现无人驾驶运输综合效率不低于有人驾驶。
截至今年8月，无人矿卡累计编组运行5万余公里，土方运输量达60余万立方米。在刚刚结束的项目验收中，验收评审组专家一致建议，后续可进一步扩大项目应用范围，在当前不低于有人驾驶效率基础上进一步提高运行效率。